Podstawy teoretyczne

Celuloza jest głównym składnikiem materiałów izolacyjnych, takich jak papier nawojowy czy preszpan, stosowanych na izolację stałą transformatorów.
Wzór sumaryczny celulozy ma postać (C6H10O5)n, gdzie n jest stopniem polimeryzacji celulozy, któremu przypisuje się, zaczerpnięty z literatury angielskiej, skrót DP (Degree of Polymerization).

Rys.1. Wzór strukturalny cząsteczki celulozy

Stopień polimeryzacji jest bardzo istotnym parametrem decydującym o stanie izolacji papierowej, a co za tym idzie o jej przydatności do dalszej eksploatacji. Pracująca w wysokiej temperaturze izolacja celulozowa ulega starzeniu. Przez starzenie izolacji celulozowej należy rozumieć proces depolimeryzacji, a więc skracanie cząsteczek celulozy wchodzących w jej skład. Dodatkowymi czynnikami przyspieszającymi proces depolimeryzacji są tlen i woda. Konsekwencją procesu depolimeryzacji celulozy jest spadek wytrzymałości mechanicznej izolacji, co z kolei prowadzi do starzeniowego mechanizmu przebicia izolacji. Średni stopień polimeryzacji dla nowych papierów izolacyjnych wynosi 1100-1600. W trakcie eksploatacji transformatora dochodzi jednak do spadku DP papieru, na skutek jego starzenia, do wartości 150-200. Spadek DP papieru z 1300 do 150-200 powoduje obniżenie jego wytrzymałości mechanicznej o 80%. Obniżenie DP papieru do wartości 150-200 powoduje, że staje się on podatny na skruszenie, co traktuje się jako 100%-owe zużycie izolacji papierowej. Cząsteczki celulozy wchodzące w skład materiałów izolacyjnych celulozowych nie są jednakowej długości, dlatego też wyznacza się średni stopień polimeryzacji badanej próbki materiału.

Metoda I aparatura pomiarowa

Pomiar średniego stopnia polimeryzacji materiałów celulozowych jest wykonywany zgodnie z obowiązującą normą PN-EN 60450 pt. „Pomiar średniego lepkościowego stopnia polimeryzacji nowych i starzonych elektroizolacyjnych materiałów celulozowych” Pomiar DP materiałów celulozowych przeprowadzany jest w następujących etapach:

• Etap I – odtłuszczanie w aparacie Soxhleta przy użyciu n-Heksanu zaimpregnowanego olejem materiału celulozowego,
• Etap II – rozpuszczanie rozdrobnionej celulozy w odczynniku dwuetyloenodwuaminomiedzi w atmosferze azotu; rozpuszczanie wspomagane mechanicznie przy użyciu wytrząsarki,
• Etap III – badanie lepkości właściwej roztworu celulozy przy użyciu wiskozymetru kapilarnego Ubbelohdea; pomiar w łaźni wodnej utrzymującej temperaturę 20°C±0,1°C,
• Etap IV – obliczanie średniego stopnia polimeryzacji papieru na podstawie wyznaczonej lepkości właściwej, zgodnie z zaleceniami PN-EN 60450.

Rys.2. Układ do badania stopnia polimeryzacji materiałów celulozowych

INFORMACJE DOTYCZĄCE POBIERANIA PRÓBEK

Próbka może zostać pobrana przez Zleceniodawcę lub pracowników Zakładu Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych. Do badania należy dostarczyć próbkę o masie co najmniej 4 g. Próbkę należy opisać. Podać dane znamionowe transformatora oraz miejsce w izolacji, z którego została pobrana.